[ 네트워크 이론 ] 공부 정리 - 1강. 컴퓨터 네트워킹 개념과 OSI 7계층

* 공부 정리일자 (2022년 3월 7일) 
- 책&강의 : 후니의 쉽게 쓴 시스코 네트워크, 정보통신개론 / 컴퓨터 네트워크 (김삼택 교수님)
- 개인적으로 공부 및 복습하면서 정리한 내용입니다. (사진 제외) 

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* 목차
1) 네트워킹 용어
(1) 네트워크 (Network)
(2) 네트워크 구축 (Networking)
(3) 인터네트워킹 (Internetworking)
(4) 인터넷 (Internet)의 정의를 한 문장으로 쓰시오

1.0) 네트워크 구축 기술 3가지를 쓰시오 
* 네트워크 구축 기술 3가지

1.1) LAN 이란? 
1.2) MAN 이란? 
1.3) WAN 이란?
1.4) SAN 이란?

1.5) 데이터 센터 (data center)
1.6) 인트라넷 이란?
1.7) 익스트라넷 이란?
1.8) 가상 사설망 이란?

1.9) 디지털 대역폭 이란?
1.10) IEEE 이란?

2) 네트워크 모델
2.1) OSI 참조 모델이 필요한 이유?
* OSI 7계층.

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1. 복습 (중요 키워드 위주)
* 복습 파트 : 1강. 컴퓨터 네트워킹 개념과 OSI 7계층 소개

1) 네트워킹 용어
(1) 네트워크 (Network)
- 데이터 통신에서 가입자의 단말기를 
  (디지털 패킷망, 전화회선 : PSTN) 공중 통신회선으로 연결하여 정보가 교환될 수 있는 통신환경

(2) 네트워크 구축 (Networking)
- 네트워크를 구축하는 방법이나 행위

(3) 인터네트워킹 (Internetworking)
- 전략적으로 정보화된 간접 자본들 위에서 
   컴퓨터 시스템, 소프트웨어 통신장비들을 연결, 네트워크와 네트워크를 연결하는 방법이나 절차 행위를 뜻함.

(4) 인터넷 (Internet)
- 전세계 (International)의 컴퓨터 네트워크가 상호 연결된 복합 컴퓨터 네트워크, 네트워크의 네트워크


1.0) 네트워크 구축 기술
네트워크를 구축할 수 있는 기술은
1. LAN  : 구내 망 구축
2. MAN :  100Km 내외의 시내 망 구축
3. WAN :  지역과 지역 또는 나라와 나라를 구축(LAN의 확장)


1.1) 근거리 통신망 (LAN ; local-area network, 구내 망 구축)
 LAN 정의 : Local Area Network 약어이며, 근거리 통신망이라고 한다.
- ‘IEEE 국제전기 전자자문위원회’에서 
  다수의 독립적인 컴퓨터 기기들이 상호간에 통신이 가능하도록 하는 데이터 통신 시스템이라고 정의.

- 제한된 거리 안에 있는 컴퓨터끼리 LAN 케이블이라는 전송매체를 이용하여 통신을 하는 것을 의미한다. 
- 즉, 한 네트워크 정보들 간에 공유 및 교환이 가능하게 하는 고속 데이터 통신이다.

* 근거리 통신망 (LAN ; local-area network)을 쓰게 된 이유
- 초기에 새롭게 개발된 많은 네트워크 기술 간의 호환성이 없었고, 
  서로 다른 표준을 사용하는 네트워크 간 통신은 점점 더 어려워 졌다.

- 문제해결을 위한 초기 해결책의 하나는 LAN 표준을 제정 (IEEE 국제전기 전자자문위원회)
-- LAN 표준은 네트워크 하드웨어와 소프트웨어 제작을 위한 개방된 지침을 제공. 
-- 서로 다른 회사에서 생산된 장비가 서로 호환될 수 있도록 한 것은 ‘LAN 구현’

- LAN은 컴퓨터와 네트워크 인터페이스 카드, 주변 장치, 네트워킹 매체, 네트워크 장치들로 구성
- 한계점 : 비즈니스 활동 시의 컴퓨터 사용이 늘어남에 따라 LAN을 사용하는 것만으로는 충분하지 않음

* 근거리 통신망 (LAN; local-area network)을 통해
- 컴퓨터 기술을 이용하는 업무 수행 시 
   파일과 프린터 등을 효율적으로 공유할 수 있고, 전자 메일과 같은 내부 통신을 할 수 있게 됨
   데이터, 근거리 통신, 그리고 컴퓨터 장치들이 통합될 수 있게 됨

* 널리 보급된 LAN 기술 – 대표적인 4가지 기술들
- 이더넷 (Ethernet) /  토큰 링 (Token Ring) / FDDI / 무선(Wireless LAN)


1.2) 도시권 통신망 (MAN ; metropolitan-area network, 100km 내외의 시내 망 구축)
* 도시권 통신망 (MAN ; metropolitan-area network)
- MAN은 도시나 도시 주변의 교외 지역 등 도시권 역을 연결하는 네트워크
- 동일한 도시권역 내에 위치하고는 있으나 지리적으로 떨어져 있는 LAN 간을 연결
- 여러 곳에 지점을 가지고 있는 회사의 경우 MAN을 사용할 수 있음                                  
- 상당히 큰 광 대역폭 사용이 가능하여 무선 기술 기반 MAN의 기능성이 이전보다 좋아지고 비용 면에서도 더 유리

* 도시권 통신망 MAN의 특징
- MAN은 WAN 영역보다는 작지만 
          LAN 영역보다는 큰 지역에 산재하는 사용자들을 상호 연결하는 네트워크이다.

- MAN은 도시권역에 있는 네트워크들을 하나의 더 커다란 네트워크로 연결하고, 이는 다시 WAN에 효율적으로 연결됨
- MAN은 백본 라인으로 여러 개의 LAN을 브리지 연결하는 목적으로도 사용
- 한 도시 내의 네트워크들을 하나의 거대한 네트워크로 서로 연결하는데 적용
- 몇몇 근거리통신망들을 브리지를 이용하여 백본 회선에 연결하는 것으로 
   후자의 경우를 캠퍼스 네트워크 라고 부름


1.3) 광역 통신망 (WAN ; wide-area network, 지역-지역/나라-나라 구축)
* 광역 통신망 (WAN; wide-area network)의 정의
- ‘WAN’ 이란 LAN의 개념을 확장한 광역의 시스템으로 LAN과 LAN을 연결하여, 
   광역의 네트워크의 개념으로 지역과 지역을 연결하거나 
   국가, 대륙을 연결하여 주는 대규모의 네트워크 시스템을 의미한다.

- WAN은 복수 개의 LAN을 연결하여 다른 지역에 있는 컴퓨터나 파일에 접속할 수 있게 한다.
- 떨어져 있는 사용자 네트워크 간을 연결하므로 원거리 통신을 통한 비즈니스가 가능해진다.

- WAN의 속도는 LAN보다 훨씬 느리다.
- 원거리 통신망으로써 범위가 상당이 넓다.
- ISP 인터넷 제공업체에서 관리한다.

* WAN은 다음과 같은 목적을 가지고 설계되었다. (대표적인 4가지 목적)
-- 광역의 지리적으로 분리된 영역 상에서 동작함
-- 다른 사용자와의 실시간 통신 허용
-- 로컬 서비스에 대한 풀타임 원격 자원 제공
-- 전자 메일, 월드와이드웹 (WWW; World Wide Web), 파일 전송, 전자 상거래 서비스 제공


1.4) 샌 (SAN ; storage-area network)
* 샌 (SAN ; storage-area network)
- SAN 은 서버와 저장 장치 간에 데이터를 전달하는 고성능 전용 네트워크
- SAN 은 독립된 전용 네트워크이므로 클라이언트와 서버 간에 어떠한 트래픽 혼선도 존재하지 않음
- SAN 기술은 서버 - 저장장치 간, 저장장치 - 저장장치 간, 또는 서버 - 서버 간 고속의 연결성을 제공
- SAN은 기존에 존재하는 네트워크와의 연결성 관련 문제를 해결하기 위하여 독립된 네트워크 인프라를 사용


1.5) 데이터 센터 (data center)
* 데이터센터 (data center)
- 데이터센터는 인터넷 인프라 상에서 정보를 빠르게 전달하기 위하여 
                네트워킹 장치들을 전체적으로 조화를 갖추어 설계해 놓은 네트워크
- 데이터센터는 정보 사용자에 가깝게 위치한 콘텐츠 엔진에 로드를 분산시킴으로써 
                혼잡이 발생할 가능성이 있는 정보 자원을 바이패스
- 리치 웹 콘텐츠와 멀티미디어 콘텐츠 등이 콘텐츠 엔진에 복사되고,
   사용자는 최적의 콘텐츠 엔진에 접속하여 서비스를 받게 됨
- ISP (Internet Service Provider)로부터 영화를 다운로드할 때 
   정보 전달을 가속화할 수 있는 데이터센터 기술을 ISP가 사용한다면 동일한 영화 파일을 단 몇 분 이내에 다운로드 가능 


1.6) 인트라넷 (intranet)
* 인트라넷 (intranet)
- LAN 구성 방법 중의 하나
- 기관 내부 LAN에의 접속 권한을 가지고 있는 사용자만이 접속할 수 있도록 설계됨. (대기업은 보통 자체 인트라넷 구축)
- 인트라넷 웹 서버는 외부로부터 기관 내부 네트워크 자원에의 접속에 허용 절차와 암호가 필요
- 파이어월 (firewall) 내부에 위치하여 동일 회사 또는 동일 기관의 멤버만이 접속할 수 있도록 구현


1.7) 익스트라넷 (extranet)
* 익스트라넷 (extranet)
- 인증된 외부 사용자만이 부분적으로 접속할 수 있는 인트라넷
- 외부 사용자에 대하여 다양한 수준의 접속성을 제공
- 인가된 사용자 ID와 암호만 가지고 있으면 접속할 수 있음
- 신원 (identity)에 따라 전체 익스트라넷 자원 중 어떤 부분을 이용할 수 있는지가 결정
- 공중 인프라 상에서 고객과 회사, 파트너 업체, 그 외 관련 공동체를 전용 연결을 사용


1.8) 가상 사설망 (VPN; virtual private network)
* 가상 사설망 (VPN; virtual private network)
- 인터넷과 같은 공중 네트워크 인프라 상에 구현된 사설의 망
- 재택근무를 하는 경우 VPN 기술을 이용하면, 
   재택근무자의 PC와 회사의 VPN 라우터 간에 보안 터널을 구성함으로써 인터넷을 통한 회사 내부 네트워크에의 접속이 가능

- VPN은 인터넷과 같은 여러 사람이 공유하는 공중 네트워크 인프라상에서 안전하고 신뢰할 수 있는 연결을 제공하는 서비스
- 전용 사설망에서와 동일한 보안 및 관리 정책을 유지


1.9) 디지털 대역폭 (예 : 도로의 차선수, 파이프의 폭)
* 디지털 대역폭 (Bandwidth)
- 정해진 시간 동안 네트워크 연결을 통하여 전송될 수 있는 정보의 양 (LAN 과 WAN은 그 용량을 표현)

- 네트워크 구축에 사용되는 매체의 종류에 관계없이 네트워크가 정보를 전송할 수 있는 능력에는 한계

- 광섬유는 사실상 무한한 대역폭을 제공할 수 있는 물리적 특성을 가지고 있지만 
   이러한 특성을 충분히 이용할 수 있는 기술을 개발하기 전까지는 광섬유가 가진 대역폭을 100% 실현할 수는 없음
- 대역폭은 네트워크의 성능을 분석하고, 새로운 네트워크를 설계하고, 인터넷을 이해하기 위한 핵심 요소

* 데이터 수율 (throughput) 
- 하루 중 특정 시간대에 특정 인터넷 경로를 통하여 특정 데이터를 전송하는 동안 측정한 실제 대역폭

* 디지털 대역폭 측정
- 디지털 시스템에서 대역폭의 기본 단위는 초당 비트 수 (bps ; bits per second)
-- 정해진 시간 동안 네트워크 연결을 통하여 전송될 수 있는 정보의 양

- 대역폭은 정해진 시간 (또는 초) 동안 얼마나 많은 정보 (또는 비트)가 
            한 곳에서 다른 곳으로 흘러갈 수 있는가에 대한 측정 

* 대역폭의 단위

예시를 들어보자면,
 디지털 대여폭은 도로 (왕복 4차선/LAN, WAN의 용량)이라 하면, 
 데이터 수율은 
  특정 시간대인 출근 시간 (오전 7시~9시)에 
  실제 자택 밀집지역 (데이터 센터)에서 
  어느 대기업 회사(또는 어느 공단 단지)로 출근하는 차량의 수 (전송 요청받은 데이터의 양)을 측정한 것을 말할 수 있다.


1.10) IEEE
 ‘IEEE’는 국제 전기 전자자문위원회, 국제 기구 중 하나로 
  이 기구에서 ‘LAN’을 
  ‘다수의 독립적인 컴퓨터 기기들이 상호간에 통신이 가능하도록 하는 데이터 통신 시스템’이라고 정의를 하였다.

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2) 네트워킹 모델
* 네트워킹 모델
- 네트워크 전문가로서 네트워크를 설계하고, 구성하고, 유지하기에 앞서 네트워크의 통신 방법에 대한 이론을 이해 필요
- 계층 (layer)의 개념을 알게 되면 한 컴퓨터와 또 다른 컴퓨터간의 통신 시 어떠한 일이 일어나는지를 이해하는데 도움

- 계층화에 대한 개념과 계층화가 특별히 통신(네트워킹) 모델에 어떻게 적용되는지 이해가 필요
- 동등 계층 통신 (peer-to-peer) 및 캡슐화(와 더불어 OSI와 TCP/IP라는 두 가지 특별한 모델의 이해


2.1) 계층 개념을 이용한 데이터 통신
- 네트워크 통신을 총괄적으로 생각하면 통신 프로세스를 이해하는 것은 어려움
- 계층 (layer)의 개념을 알게 되면 한 컴퓨터와 또 다른 컴퓨터간의 통신 시
   어떠한 일이 일어나는지를 이해하는데 도움

- 해결책은 네트워크 통신 시스템 전체를 일련의 여러 계층으로 나누어 생각
- 각 계층은 네트워크 통신을 위한 전체 기능 중 특정 부분만을 책임지며, 인접 계층 간에만 상호 동작
- 계층 개념을 사용하는 두 가지 일반적인 네트워크 모델로 
   OSI (Open System Interconnection) 참조 모델과 TCP/IP 참조 모델이 있음


2.2) OSI 참조 모델
* OSI 참조 모델
 정의 : 정보가 네트워크를 통해 어떻게 전송 되는가를 쉽게 이해할 수 있도록 해주는 기초 구조.

- 1980 년대 중반, 기업들은 기존에 구현된 전용 네트워크를 사용함에 있어 어려움을 겪기 시작하였다.
- ISO (International Organization for Standardization), 국제 표준화 기구에서는 
   네트워크 간 비호환성 및 통신 불능 문제를 해결하기 위해 
    네트워크 업체들이 이종의 네트워크 간에 호환이 되고, 
    상호 운용할 수 있는 네트워크를 생산할 수 있도록 도와주는 네트워크 모델을 개발하도록 기준을 마련하였다. 

- 1984년에 배포된 ‘OSI 참조 모델 (OSI reference model)’은 
   ISO (국제 표준화 기구)에 의해 만들어진 계층별 상호 통신 기술을 정의되었다.
- 이로 다양한 형태의 네트워크 기술 간에 호환성과 상호 운용성을 보장되었다.


 제 7 계층 - 응용 계층 (application layer)
 제 6 계층 - 표현 계층 (presentation layer)
 제 5 계층 - 세션 계층 (session layer)
 제 4 계층 - 전송 계층 (transport layer)
 제 3 계층 - 네트워크 계층 (network layer)
 제 2 계층 - 데이터링크 계층 (data link layer)
 제 1 계층 - 물리 계층 (physical layer)


* OSI 참조 모델
- 네트워킹 기능을 이와 같이 분리하는 것을 계층화 (layering)라고 한다. 
- 네트워크를 7 개 계층으로 나누어 놓으면 다음과 같은 이점이 있음

* 계층을 분리해 놓아 생기는 이점들 
- 네트워크 통신이 훨씬 단순하고 작은 부분들로 나뉘어 진다.
- 네트워크 구성 요소를 표준화함으로 여러 다른 업체의 장비 개발과 지원이 가능
- 서로 다른 유형의 네트워크 하드웨어나 소프트웨어 간의 통신이 가능
- 한 계층을 변경하여도 다른 계층에 영향을 미치지 않기 때문에 계층 기능의 개발 속도가 빨라짐
- 네트워크 통신을 여러 개의 작은 요소로 분리함으로써 통신 과정을 쉽게 학습


* OSI 7계층을 기반으로 하여
 발신지 (Client)에서 하나의 패킷(편지)이 만들어져 목적지 (Server)까지 전달되는 과정을 자세하게 개념적으로 정리해 보자.